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APUNTES AGENTES PARCIAL 2
Estructura y morfología de las bacterias y sus mecanismos de
nutrición, metabolismo, crecimiento y reproducción:
Del murray: Las bacterias, que son las células más pequeñas, sólo se pueden visualizar con ayuda de un microscopio. Las bacterias de menor tamaño (Chlamydia y Rickettsia miden sólo 0,1-0,2 mm de diámetro, mientras que las bacterias más grandes pueden alcanzar varias micras de longitud. Diferencias entre eucariotas y Procariotas: Las células de los animales, las plantas y los hongos son eucariotas, mientras que las bacterias, las archaea y las algas azul-verdosas son miembros de las procariotas. Las archaea (arqueobacterias)se asemejan a las bacterias en muchos aspectos, pero representan un dominio único desde las bacterias y eucariotas. Además de carecer de núcleo y organelas, el cromosoma bacteriano se distingue del humano en varios aspectos. El cromosoma de una bacteria típica es una molécula única circular con dos cadenas de ácido desoxirribonucleico (ADN), que contiene aproximadamente 5 millones de pares de bases longitud aproximada de 1,3 mm. Los cromosomas bacterianos más pequeños son los de las micoplasmas, que miden aproximadamente la cuarta parte de este valor. Las bacterias emplean un ribosoma de menor tamaño, el ribosoma 70S, y en la mayor parte de las bacterias existe una pared celular constituida por peptidoglucanos que rodea a modo de entramado las membranas para protegerlas del entorno metabólicas características, por su antigenicidad y, por último, por su genotipo. Distinción macroscópica y microscópica: Las bacterias crecen en colonias y cada una de ellas equivaldría a una ciudad con un millón de organismos o más. La suma de sus características condiciona los rasgos que definen a una colonia, como su color, tamaño, forma u olor. La capacidad de resistir frente a determinados antibióticos, de fermentar arúcares específicos. El aspecto microscópico, incluido el tamaño, la forma y la configuración de los gérmenes (cocos, bacilos, curvos, espirales), y la capacidad de captar la tinción de Gram (grampositivos o gramnegativos) son el principal modo de distinguir las bacterias. Una bacteria esférica, como Stcphylococcus, es un coco, mientras que una bacteria en forma de
bastón, como E. coli, es un bacilo; la treponema que adopta una forma serpenteante es un espirilo. Algunas bacterias forman agregados, como los cúmulos a modo de racimos de uvas de Stcphylococcus cureus o los diplococos (dos células juntas) que se observan en la especies de Neisseric o Streptococcus. La tinción de Gram es una prueba rápida, potente y sencilla que permite al clínico distinguir entre dos clases fundamentales de bacterias, establecer un diagnóstico inicial e iniciar el tratamiento basándose en las diferencias inherentes entre las bacterias. Las bacterias se fijan con calor o se dejan secar sobre la porta, se tiñen con violeta cristal que es un colorante que se precipita con yodo, y después se elimina el exceso de colorante y el no ligado lavando el porta con un decolorante cuya base es la acetona y con agua. Se añade después un contraste, la safranina, para teñir las células decoloradas. Este proceso se realiza en menos de 10 minutos. Las bacterias grampositivas se tiñen de morado porque el colorante queda atrapado en una gruesa capa de peptidoglucanos a modo de malla entrelazada, que rodea a la célula. Las bacterias gramnegativas tienen una capa de peptidoglucanos más delgada, que no retiene el violeta cristal, de forma que las células se tiñen con la safranina empleada como contraste y se ven rojas. Se puede establecer la regla nemotécnica: «púrpura es positivo». Dada la degradación de los peptidoglucanos, la tinción de Gram no se considera fable para bacterias que están sin nutrientes (es decir, cultivos antiguos o en fase estacionaria) o que han sido tratadas con antibióticos. Las bacterias que no se pueden clasificar en función del resultado con el Gram incluyen las micobacterias, que tienen una cubierta externa de tipo céreo y que se distinguen bien con la tinción de ácido-alcohol resistencia, y las micoplasmas, que no tienen peptidoglucanos. Diferencia metabólica, antigénica y genética: Se han desarrollado técnicas automatizadas para distinguir entre las bacterias entéricas y de otro tipo, que analizan el crecimiento en distintos medios de cultivo y sus productos microbianos y adjudican un biotipo numérico a cada bacteria. Una cepa concreta de bacterias se puede distinguir mediante el uso de anticuerpos que detectan antígenos característicos en la misma (serotipado). El método más exacto para clasificar análisis de su material genético. Los nuevos métodos distinguen las bacterias mediante la detección de secuencias del ADN características específicas. Entre estas técnicas se incluyen la hibridación del ADN, la amplificación reacción en cadena de la polimerasa (PCR) y otras técnicas relacionadas. Estas técnicas genéticas no necesitan gérmenes vivos o en crecimiento y se pueden emplear para la detección e identificación de
Por regla general, el proceso metabólico comienza en el ambiente celular externo con la hidrólisis de grandes macromolé-culas por parte de enzimas especificas. Las moléculas de menor tamaño así obtenidas) son transportadas luego a través de las membranas celulares hacia el interior del citoplasma por medio de unos mecanismos de transporte (activos o pasivos) específicos de cada metabolito. Estos mecanismos pueden utilizar un transportador (ccrrier) especifico o bien proteínas de transporte de membrana con el fin de concentrar metabolitos a partir del medio extracelular.
Estructuras externas:
Algunas bacterias (grampositivas o gramnegativas) se encuentran rodeadas por unas capas laxas de proteínas o polisacáridos denominadas cápsulas. En los casos en que la adhesión es muy débil y el grosor o la densidad no son uniformes, se habla de capa de limo (slime lcyer). Las cápsulas y la capa de limo se conocen también como glucocálix. Aunque las cápsulas y las capas de limo son innecesarias para el crecimiento de las bacterias, revisten una gran importancia para su supervivencia en el organismo hospedador. La cápsula es poco antigénica y es antifagocítica; además, constituye un factor de virulencia signifcativo (p. ej., Streptococcus pneumonice). La cápsula puede actuar también como barrera frente a moléculas hidrófobas tóxicas (p. ej., detergentes), así como facilitar la adherencia a otras bacterias o a las superficies de los tejidos del hospedador. al. Durante el cultivo in vitro pueden aparecer cepas bacterianas que carecen de una cápsula en ausencia de la presión del organismo hospedador y son, por tanto, menos virulentas. Los flagelos son unos propulsores en forma de cuerda que están formados por unas subunidades proteicas enrolladas helicoidalmente (flagelina) asimismo, se unen a las membranas de las bacterias mediante unas estructuras (gancho y cuerpo basal) y se impulsan por el potencial de membrana. Los flagelos están compuestos de un motor de proteínas activado por adenosina trifosfato (ATP) conectado con un propulsor en forma de látigo compuesto de múltiples subunidades de flagelos. Los flagelos proporcionan motilidad a las bacterias y permiten que la célula se dirija hacia los nutrientes y evite las sustancias tóxicas (quimiotaxis). Las fimbrias (pili) («orlas» en latín) son unas estructuras piliformes que se localizan en la parte externa de las bacterias y están formadas por unas subunidades proteicas (pilina).Las fimbrias se diferencian morfológicamente de los flagelos por su menor diámetro (3-8 nm frente a 15-20 nm) y carecer de una estructura helicoidal. Las fimbrias favorecen
la adhesión a otras bacterias al organismo hospedador (sus nombres alternativos son adhesinas, lecitinas, evasinas y agresinas). División celular: La replicación del cromosoma bacteriano desencadena también el inicio de la división celular. La producción de dos células hijas exige el crecimiento y la ampliación de los componentes de la pared celular, seguidos de la formación de un tabique (pared cruzada) que dividirá las bacterias hijas en dos células. Este tabique se compone de dos membranas separadas por dos capas de peptidoglucano El tabique crece a partir de zonas opuestas hacia el centro de la célula y provoca la separación de las células hijas. Este proceso requiere la presencia de unas transpeptidasas especiales (PBP) y otras enzimas. En los estreptococos, estas zonas de crecimiento forman un ángulo de 180°, lo que ocasiona un crecimiento lineal de cadenas de bacterias. En cambio, la zona de crecimiento se dispone en un ángulo de 90°en los estafilococos. Una separación incompleta del tabique puede hacer que las bacterias permanezcan unidas y formen cadenas (p. ej., estreptococos) o racimos. Metabolismo Bacteriano: Necesidades metabólicas: El crecimiento bacteriano requiere una fuente de energía y la materia prima necesaria para fabricar las proteínas, las estructuras y las membranas que conforman la maquinaria estructural y bioquímica de la célula. Las bacterias deben obtener o sintetizar los aminoácidos, los carbohidratos y los lípidos utilizados para fabricar las unidades («bloques») que constituyen las células. Las necesidades mínimas para el crecimiento son una fuente de carbono y nitrógeno, una fuente de energía, agua y diversos iones. Los elementos esenciales son los componentes de las proteínas, lípidos y ácidos nucleicos (C, O, H, N, S, P), iones importantes (K, Na, Mg, Ca, Cl) y componentes de las enzimas (Fe, Zn, Mn, Mo, Se, Co, Cu, Ni). El hierro es tan importante que muchas bacterias secretan proteínas especiales (sideróforos) para concentrarlo a partir de soluciones diluidas, y nuestros cuerpos secuestran el hierro para reducir su disponibilidad como método de protección. Algunos microorganismos (p. ej., Clostridium perfringens,causante de gangrena gaseosa) no pueden crecer en presencias de oxígeno. Este tipo de bacterias son conocidas como anaerobias estrictas. En cambio, otras bacterias(p. ej., Mycobccterium tuberculosis, agente etiológico de la tuberculosis) requieren la presencia de oxígeno molecular para su crecimiento y, en consecuencia, se denominan aerobias estrictas. Sin embargo, la mayor parte de las bacterias puede crecer tanto en
en las que proliferan las bacterias, puede degradarse mediante el tratamiento con lisozima, es una enzima presente en la mucosidad y las lágrimas del ser humano que también producen las bacterias y otros microorganismos. Sin el peptidoglucano, la bacteria sucumbe a las grandes diferencias de presión osmótica existentes a uno ya otro lado de la membrana citoplásmica y experimenta un fenómeno de lisis. La eliminación de la pared celular produce un protoplasto, el cual experimenta un proceso de lisis a no ser que se estabilice osmóticamente. La célula grampositiva puede poseer también otros componentes, como las proteínas, los ácidos teicoicos y lipoteicoicos, y polisacáridos complejos (generalmente denominados polisacáridos C). Los ácidos teicoicos son unos polímeros hidrosolubles de fosfatos de poliol que están unidos al peptidoglucano mediante enlaces covalentes y son fundamentales para la viabilidad celular. Los ácidos lipoteicoicos son expulsados hacia el medio circundante y al medio intercelular del organismo hospedador y, aunque débiles, son capaces de desencadenar respuestas inmunitarias del hospedador semejantes a las de las endotoxinas. Bacterias gramnegativas: son más complejas (tanto desde el punto de vista estructural como químico) Desde el punto de vista estructural, una pared celular gramnegativa contiene dos capas situadas en el exterior de la membrana citoplásmica. Inmediatamente por fuera de la membrana citoplásmica se encuentra una delgada capa de peptidoglucano que representa tan sólo entre un 5% y un 10% del peso de la pared celular. Además, la pared celular gramnegativa no contiene ácidos teicoicos ni lipoteicoicos. En la parte externa de la capa de peptidoglucano se halla la membrana externa, la cual es exclusiva de las bacterias gramnegativas. En el caso de las especies bacterianas gramnegativas patógenas, muchos de los factores de virulencia líticos, se encuentran en el espacio periplásmico. La pared celular de los gramnegativos está atravesada también por distintos sistemas de transporte, que incluyen los dispositivos de secreción de tipos I, II, III, IV y V. Estos sistemas de transporte aportan mecanismos para la captación y liberación de distintos metabolitos y otros compuestos. La producción de dispositivos de secreción puede ser inducida durante la infección y contribuir a la virulencia del microbio al transportar moléculas que facilitan la adherencia bacteriana o la proliferación intracelular. Tal como se ha mencionado anteriormente, las membranas externas son características de las bacterias gramnegativas. La membrana externa forma una especie de saco de lona rígido alrededor de la bacteria. La membrana externa mantiene la estructura bacteriana y constituye una barrera impermeable a moléculas de gran tamaño y
moléculas hidrófobas. También ofrece protección frente a condiciones ambientales adversas. La zona interna de esta membrana externa contiene los fosfolípidos que normalmente aparecen en las membranas bacterianas. Sin embargo, la zona externa está formada fundamentalmente por lipopolisacárido (LPS). Con excepción de las moléculas de LPS presentes en el proceso de síntesis, la zona externa de la membrana externa es la única localización donde aparecen moléculas de LPS. El LPS también es conocido como endotoxina y constituye un potente estimulador de las respuestas inmunitarias. Los LPS activan los linfocitos B e inducen la liberación de interleucina 1, interleucina 6,factor de necrosis tumoral y otros factores por parte de los macrófagos, las células dendríticas y otras células. Aunque la gama de proteínas presentes en las membranas externas de los gramnegativos es limitada, algunas de ellas se encuentran a una concentración elevada, con lo que el contenido proteico total es superior al que existe en la membrana citoplásmica. Muchas de estas proteínas atraviesan toda la bicapa lipídica, por lo que se habla de proteínas transmembranarias. Un grupo de ellas recibe el nombre de porinas puesto que forman poros que permiten la difusión a través de la membrana de moléculas hidróflas de menos de 700 Da de peso. La membrana externa se conecta a la membrana citoplásmica a través de unas zonas de adhesión y, por otra parte, se une al peptidoglucano por medio de una lipoproteína. Esta lipoproteína se une al peptidoglucano por un enlace covalente y también se ancla a la membrana externa. Las zonas de adhesión proporcionan una vía membranosa para el paso de los componentes recién sintetizados de la membrana externa hacia ésta.
T tinciones diferenciales: Se utilizan diversas tinciones diferenciales
para teñir microorganismos específcos o componentes del material celular. La tinción de Gram es la tinción mejor conocida y más utilizada, y forma la base de la clasificación de las bacterias. Las levaduras también se pueden teñir con este método (las levaduras son grampositivas)
Tinciones acidorresistentes:
Se utilizan al menos tres tinciones acidorresistentes diferentes. El método de Ziehl-Neelsen es el más antiguo que se utiliza, aunque precisa el calentamiento de la muestra durante el procedimiento de tinción. Muchos laboratorios han sustituido este método por el de la tinción acidorresistente en frío (método de Kinyoun) o porla tinción fuorocrómica (método de auramina-rodamina). Algunos microorganismos son «parcialmente acidorresistentes», de manera que conservan la tinción
